高層建筑基坑支護設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 5）土釘鋼筋宜為Ⅱ級以上變形鋼筋，鋼筋直徑在 16~32mm 之間，常用25mm；鉆孔直徑一般為 70~120mm，常用 100mm。 （ 6）注漿材料宜用 1： 水泥漿，強度等級不宜低于 M10，可加入各種外加劑。 （ 7）噴射混凝土面層厚度一般為 80~200mm，常用 100mm，噴射混凝土強度不宜小于 C15。面層中宜配置直徑 6~10mm的鋼筋網，間距宜為 150~300mm。 （ 8）為保證土釘與噴射混凝土面層的連接和錨固，常采用設置承壓墊板和焊接鋼筋骨架等方法，墊板下常配置分布鋼筋和加強連接鋼筋，以分散噴射混凝土面層的應力。 （ 9）沿土釘長度應設置定位器，定位器件距宜為 1~2m。 （ 10）土釘可為臨時性土釘和永久性土釘。對永久性土釘來說，要做好防腐工作，因此其構造與臨時性土釘有所不同。打入式土釘一般用于臨時性工程，其端頭構造與注漿土釘相似。其典型的構造如圖 22 所示。 土釘鋼筋注水泥漿噴射混凝土墊板鋼筋網螺母鉆孔定位器注漿管 （ a）臨時性土釘構造 中南大學畢業設計 8 第一層噴射混凝土水泥注漿鋼筋網第二層噴射混凝土墊板螺帽土釘塑料套管（內空距50mm ）套管定位器（間距2m)注漿管鉆孔 （ b）永久性土釘構造 圖 22 土釘的典型構造 中南大學畢業設計 9 第 3 章 土釘支護原理與方案設計概則 土釘支護原理 在非支護與支護條件下土體單層、多層及整體穩定性分析、校核基礎上，通過逐層下挖基坑，逐層進行土釘超前支護，以盡可能保持、顯著提高、最大限度地利用基坑邊壁土體固有力學強度，變土體荷載為支護結構體系的一部分，最終達到安全、經濟的圍護深基坑邊壁整體穩定性之目的。 假設一般土層是由較均勻、疏松的各向同性介質所構成。基坑開挖產生 臨空面后，非支護條件下的邊壁土體隨后產生變形直至滑移破壞、其破壞模式為圓弧型。層狀結構巖體穩定主要受層面結構面控制，可能產生平面或崩塌破壞模式。節理裂隙巖體的穩定主要受裂隙結構面所控制，可能產生契形破壞模式等。 實驗研究證明，圓弧滑移面的最終形成有一個萌生 — 發展 — 完成的演變過程，它受控于介質物理學性質，并與掘支方法及效率、基坑空間尺度、水患條件、施工質量和管理水平等密切相關。 由地幔形成機制及地層地質歷史差異的原因，任一深基坑邊壁幾乎都不是由某單一介質所構成。但坑壁的穩定主要為某一層或某幾層相對最軟弱介質的 穩定所制約，故任一深度基坑邊壁均可以該介質為基礎進行近似的偏于安全的穩定性分析。 在某一開挖深度條件下，坑壁產生滑移具有某種隨機性，即可能出現滑移線簇。但最危險和最先產生的滑移線只有一條，稱之為優勢滑移線，相應的滑移面稱為優勢滑移面。 H優勢滑移線y 圖 31 滑移線簇 優勢滑移線隨基坑下挖而轉移，因而在不同開挖深度上具有不同的優勢滑移線，從而形成優勢滑移線簇。但任一確定深度的基坑邊壁之最先產生、也是最危險的優勢滑移線只有一條，稱之為優勢滑移控制線，相應的滑 移面稱為優勢滑移中南大學畢業設計 10 控制面。如圖 32： k優勢滑移控制線優勢滑移線簇y 圖 32 優勢滑移線族 滑移體實際下滑以優勢滑移控制面的最終形成為前提。優勢滑移控制面產生初期，以地面出現滑移性裂縫和區間高變形速率為先導，并以一定的變形速率發展變化。采用具有足夠“縫合強度”的土釘（管、索、栓）逐次超前“縫合”優勢滑移控制面，則此滑移面將不會萌生，或不致發展和形成（如圖）。 下圖是由優勢滑移線簇與土釘（管、索、栓）共同組成的一張網格圖，稱為經緯圖。 k土釘（管、索、拴）優勢滑移控制面的(n 1)次超前縫合y 圖 33 經緯圖 穩定性分析是做出工程支護參數設計及典型經緯圖的基礎。穩定分析要考慮單層、多層和整體穩定性，前者依次為后者所包容。多層穩定和整體穩定均須考慮（ n1）次超前縫合效應。 監控是深基坑土釘支護法不可或缺的組成部分。監控的目的是驗證設計的科學性和合理性，以及施工的可行性和可靠性。其綜合目標是達到基坑邊壁滿足設計要求的整體穩定性，以便必要時進行設計、施工修改。 檢測參數有多種：支護結構應力、應變、土體壓力、邊壁變形以及臨近建筑物傾斜等。其中邊壁變形是控制性的。依參照點設在 地面或坑內，理想的變形時程曲線有對稱的兩支，如圖 34（ a）所示。否則就是反常的或不收斂的，如圖 34（ b）所示。對此，需引起設計施工人員充分注意。 中南大學畢業設計 11 0（ a )收斂地面坑內t( b )不收斂t0 圖 34 理想（反常）變形時程曲線 土釘方案設計的必要條件 工程地質及區域地質勘察數據 它包括 ~ 倍基坑深度范圍內各類巖、土層的物理力學性質，主要是介質類別、巖性、天然含水量（ W）、天然密度（ ρ）、飽和度（ St）、孔隙比（ e）、液限（ Wl）、塑限（ ωp）、塑性指數（ Ip）、液性指數（ Il）、壓縮模量（ Es）、粘聚力（ c）、內摩擦角（ φ）、波速（ vs）、標準貫入（ N）、地下水狀況及其滲透性、巖石結構面充填狀況及其性質、區域地震的震級及地震烈度資料等。這些是方案設計的最基本集料。 工程條件及周圍環境 它包括： ① 基坑幾何尺寸或特征尺寸； ② 地下管線分布情況（尺度、埋深、距邊壁的距離等）； ③ 鄰近已建高層建筑物或民房分布狀況及相應基礎形式； ④ 鄰近市政工路等級，最大車載及其它特殊建筑如鐵塔、高壓電線桿、橋墩等的情況；⑤ 鄰近山體或江河湖泊條件等。 確定擬建工程基坑邊 壁破壞模式 不同的介質、不同的工程環境及地下水條件，可產生不同的邊坡破壞模式。不同的破壞模式決定不同的穩定分析方法和不同的支護參數設計。因此，在方案設計之前，須認真分析并確定相應的邊壁（坡）破壞模式。 中南大學畢業設計 12 工程保養期 工程保養期由投資方根據擬建工程需要提出。保養期與支護參數密切相關。保養期愈長，支護參數一般應愈強，因而造價愈高。基坑邊壁保養期一般較短，為 3~6 個月，最長不宜超過 12 個月。邊坡保養期一般較長，通常是永久性的。這是基坑邊壁與巖土邊坡支護的重要區別之一。 基坑邊壁最大允許變形量 一 般城建管理部門對基坑邊壁最大允許變形量有明確要求，特殊情況下，投資方可根據本身工程需要提高或放寬這一要求，已達到特定目的或獲得更好的經濟效果。一般而言，工程愈需要，環境愈復雜，允許變形量便愈小，支護參數因之愈強，工程造價愈高。 現場試驗資料 它包括土釘或錨桿（管、索、栓）拉拔試驗數據，噴射混凝土抗壓強度試驗數據，噴層圓盤拉拔試驗數據，鋼筋抗拉強度試驗數據，砂、石篩分曲線，預應力松弛和蠕變數據以及外加劑凝結時間、效果數據等。一般情況下，上述數據應從現場試驗獲得。特殊情況下，經論證、協商認可，也可取自 類似工程的試驗成果。 確定邊壁臨界自穩高度、臨界自穩長度和臨界自穩時間 這是設定一次開挖深度和一次開挖長度的基礎，由計算和試驗確定。一般一次開挖高度要小于或等于邊壁臨界自穩高度；一次開挖長度要小于或等于臨界自穩長度；臨界自穩時間過短或為零時，須先作超前支護，而后開挖。 這是設定一次開挖深度和一次開挖長度的基礎，由計算和試驗確定。一般一次開挖高度要小于或等于邊壁臨界自穩高度；一次開挖長度要小于或等于臨界自穩長度；臨界自穩時間過短或為零時，須先作超前支護，而后開挖。 降雨和疏水條件 它包括年 降雨量值，雨季最大降雨量值，基坑所處地形、地貌、排水、疏水條件等。歷史經驗表明，水患是許多基坑邊壁（坡）失事的主要原因或重要原因。方案設計中重視水患作用是工作成功的極重要因素。水患包括地上水及地下水，中南大學畢業設計 13 這里僅是強調地上水危害。實際上，對地下水的處理是同等重要的。 監控與回饋設計 鑒于工程地質條件千差萬別，設計不可能一成不變。通過監測，將所得信息回饋于原設計中，必要是對其進行修改，使之更加科學合理、安全經濟。檢測參數和方法很多，其中最重要的是位移及質點運動速率的檢測和相應的穩定性判斷準則。 土 釘墻設計的基本程序 該設計在具備方案設計必要條件基礎上進行。 非支護條件下邊壁穩定性分析 非支護條件下的穩定性分析包括單層、多層和整體穩定性分析。 （ 1） 單層穩定性分析 單層穩定性分析的目的在于保證開挖過程中的穩定，并為相應的支護參數設計提供依據。單層穩定性分析方法是以該層深度為依據，考慮其它附加荷載和不利因素，通過計算和試驗確定單層臨界深度、臨界長度、臨界自穩時間、優勢滑移線、優勢滑移半徑和優勢滑移角等 （ 2） 多層穩定性分析 多層穩定性分析的目的在于保證掘支過程中邊壁的穩定，并為相應的支護參數設 計提供依據。多層穩定性分析的方法是以多層深度為依據，考慮其它附加荷載和不利因素，計算確定相應的優勢滑移面、優勢半徑和優勢滑移角等。 （ 3） 整體穩定性分析 整體穩定性分析的目的在于確保基坑挖至底板時整個邊壁的穩定性，并為支護體系的總體設計提供依據。整體穩定性分析的方法是以基坑深度為依據，考慮其它附加荷載和各種不利因素，計算確定相應的優勢滑移控制面、優勢半徑和優勢滑移角等。 計算確定支護參數 根據非支護條件下單層、多層和整體穩定性分析結果，計算確定相應的土釘（包括錨管和面層、噴層和鋼筋網）支護參數。 中南大學畢業設計 14 支護條件下邊壁穩定性校核 支護條件下邊壁穩定性校核，按單層、多層和整體穩定性狀況分別進行。 （ 1） 單層穩定性校核 所設計的支護參數，在保證單一土層穩定同時，尚須保證對所確定的優勢滑移面和優勢滑移控制面以內的不穩定體滿足一定安全系數的超前縫合強度。 （ 2） 多層穩定性校核 所設計的支護參數，應滿足多層土體的穩定，即保證施工過程中邊壁的穩定。其強度校驗需考慮此前支護的（ n1）次超前縫合效應 （ 3）整體穩定性校核 所設計的支護參數，應滿足整個邊壁的穩定，即：使相應的優勢滑移控制面不致產生、發展和形成，其 強度校驗需考慮此前支護的（ n1）次超前縫合效應。 設計注意事項 穩定性系數 （ 1） 穩定性系數原則上應根據設計必要條件選定。 （ 2） 對一般使用要求的邊壁 ,穩定性系數可不小于 。對于中等要求的邊壁 ,穩定系數可取 ～ 。對中等以上使用要求的邊壁 ,穩定系數可取 ～ 。對特殊使用要求的邊壁 ,穩定性系數不小于 。 拉應力 （ 1） 在任意兩根高預應力長錨索之間 ,會產生拉應力區域 ,設計時必須予以考慮。 （ 2） 在拉應力區域 ,設置非預應力土釘短錨桿 ,可消除該區域的拉應力集中效應。 （ 3） 非預應力短錨桿等應設置與拉應力的土釘及位于該區域設置在拉應力區的對稱中心。 超前土釘 （ 1） 超前土釘用于單層自穩時間為零或極短 ,即隨挖隨塌的場合。 （ 2） 超前土釘的長度不小于單層開挖深度的 2 倍 ,其與垂直壁面的夾角以 5186。中南大學畢業設計 15 ~10186。 為 宜。 （ 3）超前土 釘 的中上 部須 與已完成的 支護連 成一體。 （ 4）超前土 釘 的 間 距 應根 據 現場試驗 確定。 （ 5）用作超前土 釘 的材料可以是角 鋼 ,槽 鋼 ,鋼 管 ,螺 紋鋼 筋 ,預 制 鋼 筋 ,混凝土桿件等。 預應力土釘 土釘一般不施加預應力 ,這樣工序更加快捷。 預應力土釘一般用 于對邊壁變形需嚴格控制的場合。 施加預應力的方式可以是張拉式或螺旋式。 在土質邊壁 (坡 )宜采用低預應力張拉噸位 。在巖石中可設計較高的張拉噸位。一般而言 ,設計預應力噸位宜控制在每延米極限抗拔力的 30%左右。 對土釘預應力損失或超載情況 ,應密切注意觀察 ,或分區域采用應力傳感器進行監測 ,必要時應對語言能夠里進行調整 ,或作加強支護。 預應力土釘的張拉段必須能自由伸縮。 應根據不同的地層選擇預應力土釘的型式。 基坑壁腳移位 ,基礎隆起防治 基坑壁腳移位 ,地基隆起是壁腳附近土層介質在上覆土體自重荷載及側壓力作用 下 ,連續置換鄰近底板下部土層 ,并將其置于底板上部空間的塑流現象。 在基坑壁腳附近采用垂直或近乎垂直向下的土釘截斷塑流線 ,可防止地基隆起現象發生。 設置防地基隆起的土釘的 (密度 ,長度 )材料及其上部處理。 附加荷載 附加荷載指在基坑邊壁優勢滑移線以內可能滑移體外的一切地面荷載和其它荷載。 各類附加荷載均應納入邊壁穩定性分析和相應的支護參數強度校核。 各類附加荷載均按等效靜載考慮。 邊壁滑塌防治 邊壁滑塌防治方案設計應在分析確定滑塌成因及破壞模式基礎上進行。 中南大學畢業設計 16 邊壁滑塌防治應按設計程序 ,進行非支 護條件下的單層 ,多層和整體穩定分析 ,以及相應支護條件下的穩定性校核。采用自上而下逐層清渣到底。 在清理滑塌區前 ,須在關鍵部位設置監控點 ,進行監測 ,并于必要時進行回饋設計。 滑塌區是否回填視使用要求而定。 水患防治 水患是基坑邊壁穩定的大忌 ,方案設計中須慎重考慮。 優勢滑移控制線以內及其附近的各種積水或水源均可能對基坑邊壁穩定構成危害。這些水患指 :地面雨水 ,生活用水 ,施工用水